Verständnis des Ausrollens bei der Analyse rotierender Maschinen

Geräte

Portabler Balancer & Schwingungsanalysator Balanset-1A

$2,358.31

Teile

Schwingungssensor

$107.47

Teile

Optischer Sensor (Laser-Tachometer)

$148.07

Geräte

Balanset-4

$8,123.32

Teile

Magnetischer Ständer Größe-60-kgf

$54.93

Teile

Reflektierendes Band

$11.94

Geräte

Dynamischer Balancer "Balanset-1A" OEM

$2,071.73

Definition: Was ist Coastdown?

Ausrollen (auch Auslaufen oder Verzögerung genannt) ist der Prozess, bei dem eine rotierende Maschine von der Betriebsgeschwindigkeit bis zum Stillstand verlangsamt wird, ohne aktiv zu bremsen, wobei auf die natürliche Verzögerung durch Reibung, Luftwiderstand und andere Verluste zurückgegriffen wird. Im Kontext von Rotordynamik und Schwingungsanalyse, ist ein Coastdown-Test ein Diagnoseverfahren, bei dem Vibration Beim Abbremsen der Maschine werden kontinuierlich Daten aufgezeichnet, die wertvolle Informationen über kritische Geschwindigkeiten, Eigenfrequenzen, und dynamische Systemeigenschaften.

Ausrolltests sind ein grundlegendes Werkzeug für die Inbetriebnahme neuer Geräte, die Behebung von Vibrationsproblemen und die Validierung rotordynamischer Modelle.

Zweck und Anwendungen

1. Identifizierung der kritischen Geschwindigkeit

Der Hauptzweck von Ausrolltests besteht in der Ermittlung kritischer Geschwindigkeiten:

• Wenn die Geschwindigkeit durch jede kritische Geschwindigkeit abnimmt, erreicht die Schwingungsamplitude ihren Höhepunkt
• Spitzen in Amplitude vs. Geschwindigkeitsdiagramm, kritische Geschwindigkeiten markieren
• Begleitung 180° Phase Verschiebung bestätigt Resonanz
• Mehrere kritische Drehzahlen können in einem einzigen Test ermittelt werden

2. Eigenfrequenzmessung

Kritische Drehzahlen entsprechen den Eigenfrequenzen:

• Die erste kritische Drehzahl tritt bei der ersten Eigenfrequenz auf
• Zweite kritische Frequenz bei zweiter Eigenfrequenz usw.
• Bietet experimentelle Überprüfung analytischer Vorhersagen
• Wird zur Validierung von Finite-Elemente-Modellen verwendet

3. Dämpfungsbestimmung

Die Schärfe der Resonanzspitzen verrät System Dämpfung:

• Scharfe, hohe Spitzen weisen auf eine geringe Dämpfung hin
• Breite, niedrige Spitzen weisen auf eine hohe Dämpfung hin
• Das Dämpfungsverhältnis kann aus der Peakbreite und Amplitude berechnet werden
• Entscheidend für die Vorhersage des Vibrationsniveaus im zukünftigen Betrieb

4. Bewertung der Ungleichgewichtsverteilung

• Phasenbeziehungen bei kritischen Geschwindigkeiten zeigen Unwucht Verteilung
• Kann statisches Ungleichgewicht gegenüber Paarungleichgewicht erkennen
• Hilft bei der Planung einer Ausgleichsstrategie

Ablauf des Coastdown-Tests

Vorbereitung

1. Sensoren installieren: Ort Beschleunigungsaufnehmer oder Geschwindigkeitsaufnehmer an Lagerstellen in horizontaler und vertikaler Richtung
2. Drehzahlmesser einbauen: Optischer oder magnetischer Sensor zur Verfolgung der Drehzahl und Bereitstellung einer Phasenreferenz
3. Datenerfassung konfigurieren: Richten Sie eine kontinuierliche Aufzeichnung mit ausreichender Abtastrate ein
4. Geschwindigkeitsbereich definieren: Typischer Bereich von der Betriebsgeschwindigkeit bis hinunter zu 10-20% der Betriebsgeschwindigkeit oder bis zum Maschinenstopp

Ausführung

1. Bei Betriebsgeschwindigkeit stabilisieren: Bei normaler Geschwindigkeit laufen lassen, bis thermisches Gleichgewicht und gleichmäßige Vibration erreicht sind
2. Ausrollen einleiten: Trennen Sie die Antriebsleistung (Motor, Turbine usw.) und ermöglichen Sie eine natürliche Verzögerung
3. Kontinuierliche Überwachung: Aufzeichnung der Schwingungsamplitude, Phase und Geschwindigkeit während der Verzögerung
4. Sicherheitsüberwachung: Achten Sie auf übermäßige Vibrationen, die auf unerwartete Resonanzen oder Instabilitäten hinweisen
5. Vollständige Verzögerung: Fahren Sie mit der Aufzeichnung fort, bis die Maschine stoppt oder die gewünschte Mindestgeschwindigkeit erreicht.

Datenerfassungsparameter

• Abtastrate: Hoch genug, um alle relevanten Frequenzen zu erfassen (typischerweise 10–20 × maximale Frequenz)
• Dauer: Hängt von der Rotorträgheit ab – kann 30 Sekunden bis 10 Minuten betragen
• Maße: Schwingungsamplitude, Phase, Geschwindigkeit an allen Sensorpositionen
• Synchrone Abtastung: Daten werden in konstanten Winkelschritten zur Ordnungsanalyse abgetastet

Datenanalyse und Visualisierung

Bode-Diagramm

Die Standardvisualisierung für Ausrolldaten ist die Bode-Diagramm:

• Oberes Grundstück: Schwingungsamplitude vs. Geschwindigkeit
• Unteres Grundstück: Phasenwinkel vs. Geschwindigkeit
• Kritische Geschwindigkeitssignatur: Amplitudenspitze mit entsprechender 180°-Phasenverschiebung
• Mehrere Grundstücke: Separate Diagramme für jeden Messort und jede Messrichtung

Wasserfalldiagramm

Wasserfalldiagramme 3D-Visualisierung bereitstellen:

• X-Achse: Frequenz (Hz oder Ordnungen)
• Y-Achse: Geschwindigkeit (U/min)
• Z-Achse (Farbe): Schwingungsamplitude
• 1× Komponente: Erscheint als diagonale Linienverfolgung mit Geschwindigkeit
• Natürliche Frequenzen: Erscheinen als horizontale Linien (konstante Frequenz)
• Schnittpunkte: Wo 1× Linie die Eigenfrequenzlinie kreuzt = kritische Geschwindigkeit

Polardiagramm

• Schwingungsvektoren bei mehreren Geschwindigkeiten
• Charakteristisches Spiralmuster bei Geschwindigkeitsabnahme unter kritischen Geschwindigkeiten
• Phasenänderungen deutlich sichtbar

Ausroll- vs. Anlauftest

Coastdown-Vorteile

• Keine externe Stromversorgung erforderlich: Einfach den Antrieb abklemmen und die Maschine auslaufen lassen
• Langsamere Verzögerung: Mehr Zeit bei jeder Geschwindigkeit, bessere Auflösung
• Sicherer: Das System verliert auf natürliche Weise Energie, anstatt sie zu gewinnen
• Weniger Stress: Kritische Geschwindigkeiten mit abnehmender Energie überschritten

Vorteile des Hochlaufs

• Kontrollierte Beschleunigung: Kann die Rate durch kritische Geschwindigkeiten steuern
• Teil des normalen Startvorgangs: Beim routinemäßigen Start erfasste Daten
• Aktive Bedingungen: Prozesslasten vorhanden, repräsentativer für den Betrieb

Vergleichsüberlegungen

• Temperatureffekte: Hochlauf im kalten Zustand; Ausrollen aus heißen Betriebsbedingungen
• Lagersteifigkeit: Kann zwischen heiß (Ausrollen) und kalt (Hochfahren) variieren
• Reibung und Dämpfung: Temperaturabhängig, beeinflusst die Spitzenamplituden
• Datenvergleich: Unterschiede zwischen Hochlauf- und Ausrolldaten können thermische oder Lasteffekte aufdecken

Anwendungen und Anwendungsfälle

Inbetriebnahme neuer Geräte

• Überprüfen Sie, ob die kritischen Geschwindigkeiten den Designvorhersagen entsprechen
• Bestätigen Sie ausreichende Trennungsränder
• Validierung von Rotordynamikmodellen
• Erstellen Sie Basisdaten für zukünftige Referenzzwecke

Fehlerbehebung bei Vibrationsproblemen

• Feststellen, ob hohe Vibrationen geschwindigkeitsbedingt sind (Resonanz)
• Identifizieren Sie bisher unbekannte kritische Geschwindigkeiten
• Auswirkungen von Änderungen oder Reparaturen beurteilen
• Unterscheiden Sie Resonanz von anderen Schwingungsquellen

Ausgleichsverfahren

• Für flexible Rotoren, Coastdown identifiziert, welche Modi ausgeglichen werden müssen
• Bestimmt geeignete Auswuchtgeschwindigkeiten
• Überprüft die Verbesserung nach modaler Ausgleich

Änderungsüberprüfung

• Nach Lagerwechseln kritische Drehzahländerungen prüfen
• Nach Masse- oder Steifigkeitsänderungen die vorhergesagten Eigenfrequenzänderungen bestätigen
• Vergleichen Sie die Daten vor und nach dem Ausrollen, um die Verbesserung zu quantifizieren

Best Practices für Coastdown-Tests

Sicherheitsaspekte

• Stellen Sie sicher, dass das gesamte Personal über den laufenden Test informiert ist.
• Überwachen Sie die Vibrationen genau auf unerwartete Resonanzen
• Halten Sie eine Notabschaltungsfunktion bereit
• Räumen Sie während des Tests den Bereich um das Gerät frei
• Wenn übermäßige Vibrationen auftreten, sollten Sie einen Notstopp in Erwägung ziehen, anstatt den Motor vollständig auszurollen.

Datenqualität

• Angemessene Verzögerungsrate: Nicht zu schnell (nicht genügend Datenpunkte bei jeder Geschwindigkeit) oder zu langsam (thermische Veränderungen während des Tests)
• Stabile Bedingungen: Minimieren Sie Änderungen der Prozessvariablen während des Tests
• Mehrere Läufe: Führen Sie 2-3 Ausrollvorgänge durch, um die Wiederholbarkeit zu überprüfen
• Alle Messorte: Daten an allen Lagern gleichzeitig erfassen

Dokumentation

• Betriebsbedingungen erfassen (Temperatur, Belastung, Konfiguration)
• Erfassen Sie vollständige Schwingungs- und Geschwindigkeitsdaten
• Erstellen Sie Standardanalysediagramme (Bode, Wasserfall, Polar).
• Identifizieren und markieren Sie alle gefundenen kritischen Geschwindigkeiten
• Vergleichen Sie mit Designvorhersagen oder vorherigen Testdaten
• Archivieren Sie die Daten zur späteren Verwendung

Interpretation der Ergebnisse

Kritische Geschwindigkeiten ermitteln

• Suchen Sie nach Amplitudenspitzen im Bode-Diagramm
• Bestätigen mit 180° Phasenverschiebung
• Beachten Sie die Geschwindigkeit, bei der die Spitze auftritt
• Berechnen Sie den Abstandsspielraum anhand der Betriebsgeschwindigkeit

Beurteilung des Schweregrads

• Spitzenamplitude: Wie hoch wird die Vibration bei der kritischen Geschwindigkeit?
• Spitzenschärfe: Scharfe Spitze weist auf geringe Dämpfung und ein potenzielles Problem hin
• Betriebsnähe: Wie nahe liegt die Betriebsgeschwindigkeit an der kritischen Geschwindigkeit?
• Annehmbarkeit: Normalerweise ist ein Trennungsspielraum von ±15-20% erforderlich

Erweiterte Analyse

• Extrakt Eigenformen aus Mehrpunktmessungen
• Berechnen Sie Dämpfungsverhältnisse aus Spitzeneigenschaften
• Identifizieren Sie Vorwärts- und Rückwärtswirbelmodi
• Vergleichen mit Campbell-Diagramm Vorhersagen

Ausrolltests sind ein wichtiges Diagnoseinstrument in der Rotordynamik. Sie liefern empirische Daten, die analytische Vorhersagen ergänzen und das tatsächliche dynamische Verhalten rotierender Maschinen unter realen Betriebsbedingungen aufdecken.

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